(57)【要約】【課題】生産効率を向上させることができるとともに厚みむらを小さくすることができる積層型光導波路の製法を提供する。【解決手段】第１クラッド層１２表面に第１コア層１３を形成することにより第１光導波路部１を作製する工程と、第２クラッド層２２表面に第２コア層２３を形成することにより第２光導波路部２を作製する工程と、第１光導波路部１の第１クラッド層１２表面と第２光導波路部２の第２クラッド層２２表面とを対向させ、第１コア層１３と第２コア層２３とを対峙させた状態で、それら第１クラッド層１２と第２クラッド層２２との間に第３クラッド層３形成用材料を充填し第３クラッド層３を形成する工程とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１クラッド層表面に第１コア層を形成することにより第１光導波路部を作製する工程と、第２クラッド層表面に第２コア層を形成することにより第２光導波路部を作製する工程と、上記第１光導波路部の第１クラッド層表面と第２光導波路部の第２クラッド層表面とを対向させ、上記第１コア層と第２コア層とを対峙させた状態で、上記第１クラッド層と第２クラッド層との間に第３クラッド層形成用材料を充填し第３クラッド層を形成する工程とを備えていることを特徴とする積層型光導波路の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の光部品に用いられる積層型光導波路の製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、光導波路デバイス，光集積回路，光配線基板等の光デバイスに組み込まれており、光通信，光情報処理，その他一般光学の分野で広く用いられている。光導波路の製法としては、種々の方法が提案されており（非特許文献１の第６５７頁の図２参照）、例えば、アンダークラッド層上に、コア層の形成樹脂材料を塗布した後乾燥させ、それを所定パターンに形成することによりコア層を形成し、さらに、そのコア層を包含するようにオーバークラッド層の形成樹脂材料を塗布した後乾燥させることによりオーバークラッド層を形成する方法があげられる。
【０００３】
さらに、最近では、情報通信の高速化・大容量化により、信号を光のままで処理するフォトニックネットワークが現実のものとなっており、電子機器間や電子部品間では、金属ケーブル・金属配線から光ファイバ・光導波路を用いた光インタコネクションへ移行しつつある。それに対応して、光導波路を用いた高機能な光部品が要請されており、その一例として、衛星通信受光センサが提案されている（非特許文献１の第６６０頁の図６参照）。このものは、光導波路を厚み方向に３段に積層したような積層型光導波路を用いており、その作製は、従来の光導波路の作製工程を厚み方向に３回繰り返すことにより行われている。
【非特許文献１】電子情報通信学会誌  Vol.84 No.9 pp.656-662  2001年９月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の光導波路の作製では、コア層およびクラッド層の形成は、各層の形成樹脂材料を塗布した後乾燥させることにより行われるため、上記積層型光導波路の作製では、成形される層の数が増加する分、上記塗布および乾燥の工程が増加し、生産効率が悪い。しかも、形成樹脂材料の塗布工程が増加すると、形成樹脂材料の溶媒が下地（コア層またはクラッド層）にダメージを与えることがある。また、１層では無視できる程度の、塗布による厚みむらも、層の数が増加することにより、全層では無視できない厚みむらとなり、光学機能に支障をきたすことがある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、生産効率を向上させることができるとともに厚みむらを小さくすることができる積層型光導波路の製法の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の積層型光導波路の製法は、第１クラッド層表面に第１コア層を形成することにより第１光導波路部を作製する工程と、第２クラッド層表面に第２コア層を形成することにより第２光導波路部を作製する工程と、上記第１光導波路部の第１クラッド層表面と第２光導波路部の第２クラッド層表面とを対向させ、上記第１コア層と第２コア層とを対峙させた状態で、上記第１クラッド層と第２クラッド層との間に第３クラッド層形成用材料を充填し第３クラッド層を形成する工程とを備えているという構成をとる。
【発明の効果】
【０００７】
すなわち、本発明の積層型光導波路の製法は、まず、第１クラッド層表面に第１コア層を形成した第１光導波路部と、第２クラッド層表面に第２コア層を形成した第２光導波路部とを作製しておき、ついで、それらを第３クラッド層を介して積層することにより、積層型光導波路を得る製法である。このため、本発明では、積層型光導波路を作製するにあたり、全クラッド層および全コア層を下から順に積層する必要がなく、しかも、第３クラッド層の両面は、第１光導波路部の第１クラッド層表面および第１コア層表面と第２光導波路部の第２クラッド層表面および第２コア層表面とで位置決めされる。したがって、本発明の積層型光導波路の製法では、生産効率を高めることができ、しかも、全体の厚みむらを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【０００９】
本発明の積層型光導波路の製法の一実施の形態は、図１に示すような積層型光導波路を得る製法である。この積層型光導波路は、下側の第１光導波路部１と上側の第２光導波路部２とが、これらの両コア層１３，２３を対峙させた状態で、第３クラッド層３およびスペーサー４を介して積層されている。
【００１０】
より詳しく説明すると、上記第１光導波路部１は、第１基板１１と、この第１基板１１の表面に形成された第１クラッド層１２と、この第１クラッド層１２の表面に所望のパターンに形成された第１コア層１３とからなっている。また、上記第２光導波路部２も、同様に、第２基板２１と、この第２基板２１の表面に形成された第２クラッド層２２と、この第２クラッド層２２の表面に所望のパターンに形成された第２コア層２３とからなっている。そして、上記第３クラッド層３は、対峙した状態の上記第１コア層１３と第２コア層２３とを包含するように形成されている。また、上記スペーサー４は、上記第１クラッド層１２表面の左右両端部と第２クラッド層２２表面の左右両端部とに当接するとともに、上記第１コア層１３および第２コア層２３に接触しないように配設されている（図１では、片側端部に３個ずつ配設されている）。
【００１１】
このような積層型光導波路は、つぎのようにして作製することができる。
【００１２】
まず、上記第１基板１１および第２基板２１、第１クラッド層１２および第２クラッド層２２の形成材料、第１コア層１３および第２コア層２３の形成材料、ならびに第３クラッド層３の形成材料を準備する。
【００１３】
すなわち、上記第１基板１１および第２基板２１の形成材料としては、特に限定されないが、例えば、青板ガラス，合成石英，シリコンウエハー，二酸化ケイ素付シリコンウエハー，ポリイミド樹脂等があげられる。なお、第１基板１１の形成材料と第２基板２１の形成材料とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００１４】
上記第１クラッド層１２および第２クラッド層２２の形成材料としては、例えば、カップリング剤を含有したポリイミド樹脂前駆体があげられる。このポリイミド樹脂前駆体は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させることにより得られるものであり、これにカップリング剤を含有させたものが形成材料として用いられる。なお、第１クラッド層１２の形成材料と第２クラッド層２２の形成材料とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００１５】
上記第１コア層１３および第２コア層２３の形成材料としては、例えば、感光剤等を含有する感光性ポリイミド樹脂前駆体があげられる。そして、上記感光性ポリイミド樹脂前駆体は、先に述べたテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させることにより得られるポリイミド樹脂前駆体に、感光剤等の添加剤を配合することにより得られる。
【００１６】
上記第３クラッド層３の形成材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂があげられる。この紫外線硬化性樹脂は、エポキシ樹脂またはポリアミド酸等に光硬化開始剤を配合することにより得られる。
【００１７】
なお、光導波路部を構成する関係から、第１コア層１３は第１クラッド層１２および第３クラッド層３よりも屈折率が高く、第２コア層２３は第２クラッド層２２および第３クラッド層３よりも屈折率が高い必要があるが、この屈折率の調整は、例えば、上記テトラカルボン酸二無水物とジアミンの組み合わせの選択や、第１コア層１３および第２コア層２３の形成材料に感光剤等の添加剤を配合すること等により行うことができる。具体的には、第１コア層１３の屈折率と第１クラッド層１２および第３クラッド層３の屈折率との関係、ならびに第２コア層２３の屈折率と第２クラッド層２２および第３クラッド層３の屈折率との関係、すなわち、両者の比屈折率差Δ〔比屈折率差Δ＝（ｎコア−ｎクラッド）／ｎコア：ｎ＝屈折率〕は、通常、０．２〜１．０％の範囲であればよい。
【００１８】
そして、このようにして準備された上記第１基板１１および第２基板２１ならびに各種形成材料を用いて、まず、上記第１光導波路部１および第２光導波路部２を、従来公知の製法により作製する。
【００１９】
すなわち、図２に示すように、上記第１基板１１の表面に、第１クラッド層１２の形成材料であるポリイミド樹脂前駆体溶液（ポリアミド酸溶液）を、乾燥後の膜厚が好ましくは１〜３０μｍ、特に好ましくは５〜１５μｍとなるよう塗布し、乾燥させることにより、ポリイミド樹脂前駆体組成物からなる樹脂層を形成する。上記塗布方法としては、スピンコート法やキャスティング法等の一般的な成膜方法を用いることができる。ついで、不活性雰囲気下、加熱することにより上記樹脂層中の残存溶媒の除去およびポリイミド樹脂前駆体のイミド化を完結させることにより、第１基板１１の表面にポリイミド樹脂製の第１クラッド層１２を形成する。同様にして、第２基板２１の表面に、第２クラッド層２２を形成する。
【００２０】
そして、図３に示すように、上記第１クラッド層１２の表面に、この第１クラッド層１２よりも屈折率の高い材料からなる、第１コア層１３の形成材料である感光性ポリイミド樹脂前駆体溶液（感光性ポリアミド酸ワニス）を、乾燥後の膜厚が好ましくは２〜３０μｍ、特に好ましくは６〜１０μｍとなるよう塗布し、初期乾燥により第１コア層１３となる感光性ポリイミド樹脂前駆体層１３ａを形成する。ついで、所望のパターンが得られるよう、感光性ポリイミド樹脂前駆体層１３ａ上にフォトマスクＭを載置してその上方から紫外線Ｌを照射する。上記紫外線Ｌの照射における露光量は５〜５０ｍＪ／ｃｍ2 で充分な解像が可能である。その後、光反応を完結させるために、Post Exposure Bake（ＰＥＢ）と呼ばれる露光後の熱処理を行い、現像液を用いて現像を行う（ウェットプロセス法）。そして、現像によって得られた所望のパターンをイミド化するために、通常熱処理を行う。この際の加熱温度は、一般的に３００〜４００℃であり、真空下または窒素雰囲気下で脱溶剤と硬化反応（キュア）を行うものである。
【００２１】
このようにしてイミド化することにより、図４に示すように、ポリイミド樹脂製のパターンとなる第１コア層１３を形成する。このようにして、上記第１光導波路部１を作製することができる。また、同様にして、第２クラッド層２２の表面に、第２コア層２３を形成することにより、上記第２光導波路部２を作製することができる。
【００２２】
なお、上記現像に用いる現像液としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ性のアルコール水溶液が用いられる。より具体的には、解像性が良好で、現像速度が制御しやすいという点から、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドおよびエタノールの混合水溶液が好ましく用いられる。上記混合水溶液におけるテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの占める割合は２〜１０重量％の範囲に、またエタノールの占める割合は４０〜５０重量％の範囲にそれぞれ設定することが好ましい。
【００２３】
そして、図５に示すように、上記第１光導波路部１の第１クラッド層１２表面と第２光導波路部２の第２クラッド層２２表面とを対向させ、両クラッド層の両コア層を対峙させる。この対峙状態を保持するために、第１クラッド層１２表面と第２クラッド層２２表面との間には、スペーサー４が両コア層に接触しないようにして配設される。また、第１クラッド層１２表面と第２クラッド層２２表面との間の距離は、好ましくは５〜９０μｍ、特に好ましくは１７〜３５μｍとなるよう設定される。
【００２４】
なお、上記スペーサー４の形成材料としては、特に限定されないが、第３クラッド層３と同種類の樹脂（エポキシ樹脂等）であることが好ましい。
【００２５】
つぎに、図６に示すように、上記第１クラッド層１２と第２クラッド層２２との間に、第３クラッド層３の形成用材料である紫外線硬化性樹脂を充填する。この充填方法は、特に限定されないが、上記第１クラッド層１２と第２クラッド層２２とが対向した状態で、第１クラッド層１２および第２クラッド層２２の端縁部を上記紫外線硬化性樹脂に浸け、毛細管現象により吸い上げるようにして充填する方法や、注入機で上記紫外線硬化性樹脂を注入する方法等があげられる。その後、紫外線を照射することにより、上記紫外線硬化性樹脂を硬化させ、第３クラッド層３を形成する。このようにして、図１に示す上記積層型光導波路を作製することができる。
【００２６】
なお、本発明の積層型光導波路の製法は、上記実施の形態に限定されるものではなく、他でもよい。例えば、上記実施の形態では、両コア層１３，２３を平行に形成したが、図７に示すように、平面視で交差するように形成してもよい。また、図８に示すように、両コア層１３，２３をオフセットして形成してもよい。さらに、図９に示すように、両コア層１３，２３を互いの横方向に位置するよう形成してもよい。また、上記実施の形態では、各光導波路部１，２にコア層１３，２３を１本ずつ形成したが、図１０に示すように、コア層１３，２３を２本ずつ形成してもよく、また、３本以上形成してもよい（図示せず）。
【００２７】
さらに、各形成材料も、光導波路として構成できれば、上記実施の形態以外のものを用いてもよい。そして、上記実施の形態では、基板１１，２１の表面にクラッド層１２，２２の形成材料を塗布した後、乾燥させることにより、クラッド層１２，２２を形成したが、基板１１，２１を用いることなく、ポリイミド樹脂フィルムやエポキシ樹脂フィルム等の樹脂フィルムをクラッド層１２，２２として用いてもよい。
【００２８】
また、上記実施の形態では、コア層１３，２３の形成の際には、形成材料として感光性樹脂材料を用い、紫外線照射により所望のパターンに形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、形成材料として非感光性の樹脂材料等を用い、ドライエッチングにより所望のパターンに形成してもよい。
【００２９】
また、上記実施の形態では、第１光導波路部１と第２光導波路部２との間にスペーサー４を配設したが、両コア層１３，２３の対峙状態を保持できれば、スペーサー４を配設しなくてもよい。
【００３０】
そして、このようにして作製された積層型光導波路は、高機能な光部品に用いられる。その光部品としては、例えば、光スイッチ，波長可変光フィルタ，光センサ，光分岐器，光合波器，光合分波器，光アンプ，波長変換器，波長分割器，光スプリッタ，方向性結合器等があげられる。そして、その光部品の種類に応じて、コア層１３，２３の数，対峙状態，パターン等が適宜設定される。
【００３１】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【実施例】
【００３２】
〔ポリアミド酸溶液：第１クラッド層および第２クラッド層の形成材料〕
攪拌機を備えた５００ｍｌのセパラブルフラスコ内で、酸二無水物として、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）２６．６６ｇ（０．０６モル）と、ジアミンとして、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）ベンジジン（ＢＴＦＢ）１８．５４ｇ（０．０５８モル）とを、有機溶媒として、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）１８２．８５ｇ（２．１０モル）に溶解させた後、室温（２５℃）で１０時間攪拌することにより反応させてポリアミド酸溶液（ポリイミド樹脂前駆体溶液）を得た。
【００３３】
〔感光性ポリアミド酸溶液：第１コア層および第２コア層の形成材料〕
上記ポリアミド酸溶液に、感光剤として、１−エチル−３，５−ジメトキシカルボニル−４−（２−ニトロフェニル）−１，４−ジヒドロピリジンを、上記ポリアミド酸溶液の固形分に対して２重量％となるよう、さらに、溶解調製剤として、重量平均分子量５００のポリエチレングリコールジメチルエーテルを上記ポリアミド酸溶液の固形分に対して３０重量％となるよう配合することにより、感光性ポリイミド酸溶液（感光性ポリイミド樹脂前駆体溶液）を得た。
【００３４】
〔紫外線硬化性樹脂：第３クラッド層の形成材料〕
エポキシ樹脂，ジアクリレートおよび光硬化開始剤を配合することにより、紫外線硬化性樹脂を得た。
【００３５】
〔第１光導波路部の作製〕
石英基板（厚み５２５μｍ）の表面に、上記ポリアミド酸溶液をスピンコート法により塗布し、９０℃で乾燥を行うことにより、ポリイミド樹脂前駆体組成物からなる樹脂膜を形成した。その後、真空下、３８５℃で加熱することにより上記樹脂膜中の残存溶剤の除去およびポリイミド樹脂前駆体のイミド化を完結させ、上記石英基板の表面に、厚み１５μｍの第１クラッド層（屈折率１．５１）を形成した。
【００３６】
そして、上記第１クラッド層の表面に、上記感光性ポリアミド酸溶液をスピンコート法により塗布し、９０℃で乾燥することにより、感光性ポリイミド樹脂前駆体組成物からなる感光性ポリイミド樹脂前駆体層を形成した。ついで、この感光性ポリイミド樹脂前駆体層上に、所定のフォトマスク（ライン幅６μｍ×長さ５０ｍｍ）を載置し、その上方から３０ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射による露光を行った。さらに、１７０℃で１０分間露光後加熱を行った。つぎに、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド２〜１０％とエタノール４０〜５０％を含有する水溶液を現像液とし、３５℃で現像して未露光部分を溶解した後、水で洗浄することによりネガ型画像を有するパターンを形成した。その後、真空下、３３０℃で加熱することにより感光性ポリイミド樹脂前駆体のイミド化を完結させ、所定のパターンからなる第１コア層（屈折率１．５２）を形成した。形成されたコア層の断面のサイズは、幅６μｍ×高さ６μｍであった。このようにして、上記第１光導波路部を得た。
【００３７】
〔第２光導波路部の作製〕
上記第１光導波路部の製法と同様にして、第２光導波路部を得た。
【００３８】
〔積層型光導波路の作製〕
そして、上記第１光導波路部の第１クラッド層表面と第２光導波路部の第２クラッド層表面とをエポキシ樹脂製スペーサーを介して対向させ（両クラッド層の表面間距離２２μｍ）、第１コア層と第２コア層とが平面視で０．８度の角度で交差するよう両コア層を対峙させた（図７参照）。その状態で、第１クラッド層および第２クラッド層の端縁部を上記紫外線硬化性樹脂に浸け、毛細管現象により吸い上げるようにして、第１クラッド層と第２クラッド層との間に、上記紫外線硬化性樹脂を充填した。その後、第２光導波路部の第２基板側から紫外線（３０ｍＪ／ｃｍ2 ）を照射することにより、上記紫外線硬化性樹脂を硬化させ、第３クラッド層（屈折率１．５１）を形成した。このようにして、積層型光導波路を得た。
【００３９】
なお、この積層型光導波路は、第１コア層と第２コア層とが平面視で所定の角度（０．８度）で交差しているため、光分岐器（光分離デバイス）として機能する。また、カットバック法により第１コア層に波長１．５５μｍの光を導波させると、第２コア層に、その光の一部が分離して伝播することを確認した。
【００４０】
〔比較例〕
上記実施例において、第１光導波路部を作製した後、つぎのようにして、第３クラッド層，第２コア層，第２クラッド層をこの順で形成し、その第２クラッド層上に第２基板を接着することにより、積層型光導波路を作製した。各形成材料は、上記実施例１と同様にした。
【００４１】
すなわち、第１光導波路部の第１クラッド層および第１コア層の表面に、上記紫外線硬化性樹脂をスピンコート法により塗布した後、紫外線（３０ｍＪ／ｃｍ2 ）を照射することにより、上記紫外線硬化性樹脂を硬化させ、第３クラッド層を形成した。ついで、その第３クラッド層の表面をエッチングし、第２コア層のパターン溝を形成した。そして、そのパターン溝に、上記感光性ポリアミド酸溶液を流し入れた後、上記実施例と同様にして、乾燥，露光，加熱，現像，加熱によるイミド化をこの順で行い、第２コア層を形成した。つぎに、上記第３クラッド層および第２コア層の表面に、上記ポリアミド酸溶液をスピンコート法により塗布した後、上記実施例と同様にして、乾燥，加熱によるイミド化をこの順で行い、第２クラッド層を形成した。そして、この第２クラッド層上に接着剤を用いて第２基板を接着した。このようにして、積層型光導波路を得た。
【００４２】
〔実施例と比較例との比較〕
上記実施例の製法と比較例の製法とを比較すると、実施例の方が積層型光導波路の作製時間が短かった。このことから、実施例の製法は、生産効率に優れることがわかる。また、各積層型光導波路を、第１コア層と第２コア層とを横切るように切断し、その切断面を顕微鏡で観察すると、実施例の製法により得られた積層型光導波路は、どの層も厚みむらは殆どなかったが、それに対して、比較例の製法により得られた積層型光導波路は、層を形成した順に（第３クラッド層，第２コア層，第２クラッド層の順に）厚みむらが大きくなっていた。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の積層型光導波路の製法により得られる積層型光導波路の一例を示す斜視図である。
【図２】上記積層型光導波路の製法を示す説明図である。
【図３】上記積層型光導波路の製法を示す説明図である。
【図４】上記積層型光導波路の製法を示す説明図である。
【図５】上記積層型光導波路の製法を示す説明図である。
【図６】上記積層型光導波路の製法を示す説明図である。
【図７】上記積層型光導波路の第２例を示す平面図である。
【図８】上記積層型光導波路の第３例を示す断面図である。
【図９】上記積層型光導波路の第４例を示す断面図である。
【図１０】上記積層型光導波路の第５例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  第１光導波路部
２  第２光導波路部
３  第３クラッド層
１２  第１クラッド層
１３  第１コア層
２２  第２クラッド層
２３  第２コア層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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